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TCP的三握四挥

news 来源：原创 2025/9/12 6:21:16

TCP协议

TCP( Transmission control protocol )即传输控制协议，是一种面向连接、可靠的数据传输协议，它是为了在不可靠的互联网上提供可靠的端到端字节流而专门设计的一个传输协议。

TCP的基本特点

面向连接：通信双方在进行数据传输之前，必须先建立一条可靠的双向通信连接。这确保了通信双方之间的互相认可和授权，提高了通信的安全性和可靠性。
可靠传输：通过序号、确认和重传等机制来保证数据的可靠传输。发送方将每个数据包进行编号，接收方收到数据后进行确认，如果数据包丢失或损坏，发送方将重新传输，确保数据的完整性和准确性。
有序传输：保证数据按照发送的顺序传递给应用程序，即使数据包在传输过程中乱序到达接收方，TCP 也会将其重新排序后交给应用程序处理。
全双工通信：在同一个连接上，发送方和接收方可以同时进行数据的发送和接收，实现更高效的数据传输，提高网络的利用率。
面向字节流：将数据视为一个连续的字节流进行传输，不考虑数据的具体长度和结构。接收方需要根据自身的应用协议来解析和组装消息，并且可以传输任意长度的数据。

TCP的工作流程

1.建立连接（三次握手）：客户端向服务器端发送一个带有 SYN（同步）标志位的报文段，请求建立连接；服务器端收到后，回复一个带有 SYN/ACK（同步确认）标志位的报文段，表示同意建立连接；客户端再发送一个带有 ACK（确认）标志位的报文段，完成连接建立。
2.数据传输：连接建立后，双方可以通过 TCP 传输数据。发送方将数据分割成合适的报文段进行发送，接收方按序列号接收并组装数据。
3.连接终止（四次挥手）：当一方完成数据传输想要关闭连接时，会发送一个带有 FIN（结束）标志位的报文段给对方；对方收到后，发送一个 ACK 确认，此时接收方不再接受新的数据，但仍然可以发送剩余的数据；最后，接收方也发送一个带有 FIN 标志位的报文段给对方，对方收到后发送 ACK 确认，连接关闭。

三次握手

为了保证客户端和服务器端的可靠连接，TCP建立连接时必须要进行三次会话，也叫TCP三次握手，进行三次握手的目的是为了确认双方的接收能力和发送能力是否正常。

三次握手的示意图

TCP建立连接的过程

举例：

A：你好，听得到吗

B：能听到，我说话你听得到吗

A：能听到，咱们开始会议吧

最开始的时候客户端和服务器都是处于CLOSED关闭状态。主动打开连接的为客户端，被动打开连接的是服务器。

TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了 LISTEN 监听状态

第一次握手：TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文，这是报文首部中的同部位SYN=1，同时选择一个初始序列号 seq=x ，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT 同步已发送状态 TCP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。

客户端向服务器端发送报文，证明客户端的发送能力正常

标志位含义：

SYN=1:请求建立连接

seq=x:客户端初始序列号是 x，从 x 号字节开始传输数据

第二次握手：TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则会向客户端发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y，此时，TCP服务器进程进入了 SYN-RCVD 同步收到状态 这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。

服务器端接收到报文并向客户端发送报文，证明服务器端的接收能力、发送能力正常

标志位含义：

seq=y：表示服务器选择的初始序列号是 y，数据从 y 号字节开始传输。

ack=x+1：确认客户端的 SYN 请求，并确认客户端的序列号 x，请求客户端下一次数据从 x+1 开始。

第三次握手：TCP客户端收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1，此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED已建立连接状态 TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。

客户端向服务器发送报文，证明客户端的接收能力正常

标志位含义：

seq=x+1：客户端告诉服务器将从 x+1 号字节开始发送数据。
ack=y+1：告诉服务器已经收到SYN 请求，并确认服务器的序列号 y，请求下次服务器发送数据时，从 y+1 开始。

TCP 三次握手时各标志位（SYN、ACK、ack、seq）的变化

各个字段的含义：

SYN（同步标志位）：用于建立连接，表示请求同步序列号。在连接建立时用来同步序号。当SYN=1，ACK=0，表明是连接请求报文，若同意连接，则响应报文中应该使SYN=1，ACK=1；
ACK（确认标志位）：表示确认之前接收到的报文。仅当ACK=1时，确认号字段才有效。TCP规定，在连接建立后所有报文的传输都必须把ACK置1；
seq（序列号）：TCP连接中传送的字节流中的每个字节都按顺序编号，作用是为了确认此数据段的顺序。
ack（确认号）：是期望收到对方下一个报文的第一个数据字节的序号。

SYN 主要用于建立连接，ACK 用于确认数据，seq 和 ack 共同维护数据的顺序和完整性。

各个字段的变化：

为什么是三次握手，而不是两次握手？

1.使TCP客户端和服务器互相同步初始序号

第一次握手，客户端发送SYN报文，将自己的初始序号发送到了服务器，服务器接收到后，向客户端发送SYNACK报文段，告诉客户端已经收到了它的初始序号，同时在这个报文段中带上了自己的初始序号。这个时候，第三次握手的作用就出来了：第三次握手实际上就是客户端在告诉服务器，自己已经收到了它的初始序号，完成了同步，可以开始相互传输数据了。若没有第三次握手，服务器将无法保证客户端接收到了自己的SYNACK报文段，若此时SYNACK报文段丢失，客户端不知道服务器的初始序号，将无法处理之后到达客户端的数据。

2.主要防止已经失效的连接请求报文突然又传送到了服务器，从而产生错误。

如果使用的是两次握手建立连接，假设有这样一种场景，客户端发送了第一个请求连接并且没有丢失，只是因为在网络结点中滞留的时间太长了，由于TCP的客户端迟迟没有收到确认报文，以为服务器没有收到，此时重新向服务器发送这条报文，此后客户端和服务器经过两次握手完成连接，传输数据，然后关闭连接。此时此前滞留的那一次请求连接，网络通畅了到达了服务器，这个报文本该是失效的，但是，两次握手的机制将会让客户端和服务器再次建立连接，这将导致不必要的错误和资源的浪费。

如果采用的是三次握手，就算是那一次失效的报文传送过来了，服务端接受到了那条失效报文并且回复了确认报文，但是客户端不会再次发出确认。由于服务器收不到确认，就知道客户端并没有请求连接。

四次挥手

TCP 四次挥手主要用于安全关闭连接。一是确保双方数据传输完成，避免丢失；二是让双方明确表达和确认关闭意愿；三是合理释放系统为连接分配的资源，如缓冲区、端口号等。

四次挥手示意图

TCP关闭连接的过程

举例：

A：我先走了
B：好的，那你走吧
B：那我也走了？
A：好的，你走吧

数据传输完毕后，双方都可释放连接。最开始的时候，客户端和服务器都是处于ESTABLISHED状态，然后客户端主动关闭，服务器被动关闭。

第一次挥手 客户端发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。

标志位的含义：

seq = u，即客户端上次发送的报文的最后一个字节的序号 + 1
ack = k, 即服务端上次发送的报文的最后一个字节的序号 + 1，确认收到服务器的报文及请求服务器下一次发送的序列号

第二次挥手 服务器端接收到连接释放报文后，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT 关闭等待状态

TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。

标志位的含义：

seq = k，即服务器发送的报文的最后一个字节的序号 + 1
ack = u+1, 即客户端上次发送的报文的最后一个字节的序号 + 1，确认收到客户端的请求及请求客户端下一次发送的序列号

第三次挥手 客户端接收到服务器端的确认请求后，客户端就会进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据），等待服务器发送连接释放报文，服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

标志位的含义：

seq = w，即服务端上次发送的报文的最后一个字节的序号 + 1。
ack = u + 1，与第二次挥手相同，因为这段时间客户端没有发送数据

第四次挥手 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态，但此时TCP连接还未终止，必须要经过2MSL后（最长报文寿命），当客户端撤销相应的TCB后，客户端才会进入CLOSED关闭状态，服务器端接收到确认报文后，会立即进入CLOSED关闭状态，到这里TCP连接就断开了，四次挥手完成

为什么客户端要等待2MSL？

1.确保 ACK 报文能够到达服务端，从而使服务端正常关闭连接。

第四次挥手时，客户端第四次挥手的 ACK 报文不一定会到达服务端。服务端会超时重传 FIN/ACK 报文，此时如果客户端已经断开了连接，那么就无法响应服务端的二次请求，这样服务端迟迟收不到 FIN/ACK 报文的确认，就无法正常断开连接。

MSL 是报文段在网络上存活的最长时间。客户端等待 2MSL 时间，也就是两次报文发送时间：
假设客户端在传最后的ACK报文，但是没有发给服务端，然后服务端在这1MSL中没有接到客户端的ACK报文，于是再次发送FIN报文耗时1MSL打到客户端，刚好2MSL，客户端可以重新回应，而不至于在不等这2MSL的情况下直接关机

如果服务端重发的 FIN 没有成功地在 2MSL 时间里传给客户端，服务端则会继续超时重试直到断开连接。

2.防止已失效的连接请求报文段出现在之后的连接中。

TCP 要求在 2MSL 内不使用相同的序列号。客户端在发送完最后一个 ACK 报文段后，再经过时间 2MSL，就可以保证本连接持续的时间内产生的所有报文段都从网络中消失。这样就可以使下一个连接中不会出现这种旧的连接请求报文段。或者即使收到这些过时的报文，也可以不处理它。

为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

建立连接的时候，服务器在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。

服务器在收到客户端的 FIN 报文段后，可能还有一些数据要传输，所以不能马上关闭连接，但是会做出应答，返回 ACK 报文段.

接下来可能会继续发送数据，在数据发送完后，服务器会向客户单发送 FIN 报文，表示数据已经发送完毕，请求关闭连接。服务器的ACK和FIN一般都会分开发送，从而导致多了一次，因此一共需要四次挥手。

如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

为什么TCP挥手需要四次，三次行不行？

TCP四次挥手和三次的主要区别在于服务器的ACK和FIN报文是否分别发送。但是ACK和FIN报文一般会分别发送。

服务端收到客户端的 FIN 报文时，内核会马上回一个 ACK 应答报文，但是服务端应用程序可能还有数据要发送，所以并不能马上发送 FIN 报文，而是将发送 FIN 报文的控制权交给服务端应用程序：

如果服务端应用程序有数据要发送的话，就发完数据后，才调用关闭连接的函数；
如果服务端应用程序没有数据要发送的话，可以直接调用关闭连接的函数，

从上面过程可知，是否要发送第三次挥手的控制权不在内核，而是在被动关闭方（上图的服务端）的应用程序，因为应用程序可能还有数据要发送，由应用程序决定什么时候调用关闭连接的函数，当调用了关闭连接的函数，内核就会发送 FIN 报文了，所以服务端的 ACK 和 FIN 一般都会分开发送。